王慧臣

(江西铜业集团公司贵溪冶炼厂，江西贵溪 335424)

PROFIBUS在圆盘浇铸机系统中的应用

王慧臣

(江西铜业集团公司贵溪冶炼厂，江西贵溪 335424)

文章以圆盘浇铸机系统为背景，分析了PPROFIBUS的系统组成及其特点，重点研究了圆盘浇铸系统的硬件和软件组成以及PROFIBUS网络主站和从站的组成。采用PROFIBUS技术减少了现场电缆的数量和接线工作量，降低了系统故障率，有效保证了信息传输的及时性和安全性。

PROFIBUS;圆盘浇铸机;主站;从站;硬件;软件

1 引言

贵溪冶炼厂的重要设备——圆盘浇铸机是从芬兰成套引进，于2007年8月投入使用。圆盘浇铸机主要由电子称、圆盘及提取机组成。电子称根据称重传感器对液态铜进行动态计量并由液压系统浇铸成阳极板，通过圆盘伺服驱动系统将阳极板运送至提取机，期间圆盘冷却水系统对阳极板进行冷却，然后由提取机从圆盘中提取阳极板并通过水槽链条输送完成整个浇铸过程。整套系统采用PROFIBUS现场总线［1－2］对单元设备进行控制，PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准［3］，它以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已被纳入现场总线的国际标准。PROFIBUS是不依赖生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备都可以通过同样的接口交换数据信息，而PROFIBUS－DP［4－5］总线适合于对通信量要求较低、设备量较大的现场控制层使用，其适应面大、经济性好，非常适用于工厂作开放的分布式底层控制［6－7］。

2 控制系统的硬件简介

圆盘浇铸机系统主要是顺序逻辑控制，这正是PLC控制的优势所在。在此系统中，PROFIBUS主站选OMRON CS－1 PLC，分布式IO选用PHOENIX系列PROFIBUS分布式IO。圆盘驱动及提取机系统采用EMERSON的CT伺服驱动系统，PROFIBUS－DP用于系统中单元级控制设备与分布式I/O设备的通信，特别适合PLC与现场分布式I/O设备之间的快速循环数据交换。SIEMENS RS485 Repeater模块带有标准PROFIBUS－DP接口，用于各PROFIBUS主从站开关量、模拟量等信息通讯。电子称浇铸系统人机界面采用GP2500，并配电子称称重系统，圆盘操作画面由INTOUCH软件组态，各人机界面通过以太网联接通讯。见图1所示。

图1 控制系统结构图

3 总体控制要求及功能

圆盘浇铸机的要求是对浇铸过程进行精确控制和自动调节，使阳极板达到要求的范围。在浇铸控制室监控浇铸过程时，对当前时刻浇铸过程中的主要工作参数(重量、温度等)、运行状态及浇铸过程曲线等信息及时调整监控。功能如下:

(1)控制操作:

在浇铸控制室对圆盘浇铸机各系统进行在线实时控制，如控制圆盘及提取机，调节电子称浇铸重量，在线调整浇铸过程曲线等。

(2)显示功能:

用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及现场设备的状态参数。

(3)数据管理:

依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立生产历史数据库，存储生产原始数据，供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，得出一些有用的经验参数，有利于调整优化浇铸过程，保证阳极板重量和质量。

(4)报警功能:

当某一模拟量(如电流、压力、重量等)测量值超过给定范围或某一开关量(如电机启停、阀门开关)发生变化时，可根据不同的需要发出不同等级的报警。

(5)打印功能:

可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印方式可分为:定时打印、即时打印。

4 PROFIBUS现场总线简介及应用

国际电工委员会对现场总线的定义是“安装在制造和过程区域的现场装置和控制室内的自动控制装置之间的数字式，串行，多点通信的数据总线”。它是当前工业自动化的热点之一。现场总线以开放的、独立的、全数字化的双向多变量取代4MA～20MA现场模拟信号。现场总线I/O集检测、数据处理、通信为一体，它不需要框架、机柜，可以直接安装在现场导轨槽上。现场总线I/O的接线极为简单，只需要一根电缆，从主机开始，沿数据链从一个现场总线I/O连接到下一个现场总线I/O。使用现场总线后，操作员可以在中央控制室实现远程监控，对现场设备进行参数调整，还可以通过现场设备的自诊断功能诊断故障和寻找故障点。DP是Decentralized Periphery(分布式外部设备)的缩写，主要用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信，特别适合PLC与现场分布式I/O设备之间的快速循环数据交换。圆盘浇铸机浇铸能力在110t/h，如果采用常规集中控制方式，将现场信号通过电缆连接到集中浇铸控制室内的PLC上，由于工艺线路长、现场控制点分布范围广，需要敷设大量的电缆及桥架，且现场环境恶劣，势必会造成故障隐患点多的局面。

贵溪冶炼厂圆盘浇铸机采用了PROFIBUS现场总线技术，控制系统采用OMRON CS－1 PLC加PROFIBUS分布式IO，是一种既经济又切合实际的解决方案，根据工艺划分，系统共设了主站、从站和操作员站。主站采用OMRON C200HW PRm21主站单元，子站采用PHOENIX系列分布式IO远程模块，用于现场数据的采集和控制，并借助PROFIBUS(工业现场总线)，方便控制网络系统的建立。从主站开始，通过一根PROFIBUS电缆沿数据链从一个现场总线I/O连接到下一个现场总线I/O。主站的主要功能是接收管理层设置的参数或命令，对浇铸生产过程进行控制，将现场状态输送到管理层。根据浇铸流程和工艺，结合马达控制中心MCC，按照控制对象的区域、工艺流程，以就近采集和单元控制为划分区域的原则，在圆盘驱动、提取机、模喷涂及冷却水单元等设置从站。现场子站采用PHOENIX系列分布式IO，每个从站由1个PROFIBUS通讯适配器模块和其它若干数字量、模拟量输入及输出模块组成。通过设置现场子站，主站与现场子站之间采用PROFIBUS－DP现场总线通讯的方式，大大减少了电缆数量及控制元器件，一方面降低了硬件投资，另一方面极大地减少了故障的发生。

5 系统软件

(1)计算机操作系统采用Microsoft Windows XP Professional操作系统。历史数据库采用Microsoft SQLServer 2000软件。上位机监控软件采用Wonderware InTouch9.0组态软件。

(2)InTouch组态软件实现了对整个系统的开关量、状态量、电量、模拟量的采集和处理，并显示在操作站的HMI上;对浇铸过程重要的物理量如阳极板的重量、温度、冷却水等都实时显示在工作站的主界面上，便于操作员及时掌握系统的运行情况。

(3)数据库服务器上安装Microsoft SQL2000中文版数据库软件，用来储存整个浇铸重要的历史数据，通过Microsoft SQL 2000的通讯来读取历史数据。上位机硬盘矩阵的设计可以避免因为系统故障导致数据丢失现象的发生。

6 结束语

贵溪冶炼厂圆盘浇铸机通过应用PROFIBUS系列分布式IO现场总线，在保证工程质量的前提下大大降低了硬件成本。该设备具有调试简单、操作方便、使用安全、效率高、故障率低、浇铸效果好等特点，显著提高了劳动生产率。同时由于软硬件均采用模块化结构，方便了工程技术人员的安装、调试和维修。

［1］阳宪惠.现场总线技术及其应用［M］.北京:清华大学出版社，1999:39－40.

［2］罗红福.现场总线工厂应用实例解析［M］.北京:中国电力出版社，2008:15－17.

［3］侯维岩.PROFIBUS协议分析与系统应用［M］.北京:清华大学出版社，2006:211.

［4］郝莉，王东兴.PROFIBUS－DP从站开发研究［J］.北京机械工业学院学报，2000(3):15－16.

［5］郝晓弘，潘晓宁，郭慧丽.现场总线PROFIBUS－DP网通讯原理探讨［J］.甘肃工业大学学报，2000(9):26－30.

［6］周志敏，纪爱华.PROFIBUS总线系统设计与应用［M］.北京:中国电力出版社，2009:281－284.

［7］孙鹤旭，梁涛，云利军.PROFIBUS现场总线控制系统的设计与开发［M］.北京:国防工业出版社，2007:189－191.

Application of PROFIBUS in Casting Machine System

WANG Hui－chen
(Jiangxi Copper Corporation Guixi Smelter，Guixi，Jiangxi 335424，China)

Based on the system of casting machine for Wide and Thick Plate，this article analyzes the system composition and the characteristics of PROFIBUS.It investigates the hardware and software composition of casting machine system in Guixi smelter and the composition of master and slave station in PROFIBUS.The technology of PROFIBUS can reduce the Quantity of electric cable and workload，decrease the failure rate of the system，ensure effective transmission of information timeliness and security.

PROFIBUS;casting machine;master station;slave station;hardware;software

TP273

:B

:1009－3842(2012)04－0045－02

2012－06－06

王慧臣(1982－)，男，江西上饶人，工学学士，主要从事设备管理等方面的工作。E－mail:huichenwang@163.com